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1、计算机组成原理(计组)计算机分类：电子模拟计算机、电子数字计算机（电脑）数字计算机：专用计算机、通用计算机通用计算机：巨型机、大型机、中型机、小型机、微型机、单片机通用计算机：超级计算机、大型机、服务器、工作站、微型机、单片机计算机的硬件存储单元：保存一个数的16个寄存器为一个存储单元指令形式：操作码+地址码控制器的取指周期、执行周期字节：8个位 字：一个以上字节，字节的整数倍，常见的有2个字节的，其长度称为字长计算机的发展：电子管、晶体管、小规模集成电路、大型集成电路、举行集成电路19世纪开始计算机软件计算机程序：系统程序、应用程序系统程序：各种服务性程序、语言程序、操作系统、数据库管理系统
2、计算机程序：目的程序、汇编程序、源程序源程序翻译系统：编译系统、解释系统操作系统：批处理、分时、网络、实时计算机系统多级：微程序设计级、一般机器、操作系统级、汇编语言级、高级语言级运算方法和运算器数据表示：定点格式、浮点格式浮点数=阶符+阶码+数符+尾数整数转二进制除2，小数转二进制乘2十进制数串：字符串形式、压缩十进制数串形式另外还可以自定义数据：标识符数据表示、描述符数据表示标识符数据=标识符+数据描述符数据=描述符标识+特征标记+数据块长度+数据块起始地址机器码：原码、补码、反码、移码原码有+0和-0之分 ，即0000 和10000的补码只有一种形式反码也有+0和-0之分，即0000和1
3、111移码的符号位与前三种相反，0表示负，1表示正主要采用补码，移码主要用来表示阶码ASII码由七位加一位偶校验码组成汉字的编码：1、 汉字输入编码：数字编码、拼音编码、字形编码2、 汉字内部处理：内码3、 汉字输出：字模码从补求补的法则是：对补包括符号位“求反且最末位加1”,即可得到补上溢与下溢，同号的相加才可能溢出采用双符法表示溢出：01、10均为溢出行波进位加减器流水式阵列乘法器为并行乘法器原码乘法有两种：直接原码乘法，带求补的间接原码乘法器间接原码乘法，符号求补的阵列乘法器：当输入都是不带符号时，输入输出都不需要求补，而当输入是带符号时，输入两数求补，乘积结果求补再输出补码乘法的符号位
4、参与运算，原码的符号的则要分开运算。补码转换为真值的计算公式：补码乘法器是含有负1的，有四类全加法器FA补码除法：余数恢复法，交替加减法可控加法/减法单元CAS不恢复余数除法：加减交替进行，注意负数的右移逻辑加表示或，逻辑乘表示与总线分内部总线和外部总线，运算器包括ALU、阵列乘法器、寄存器、多路开关、三态缓冲器、数据总线等逻辑部件运算器类型：单总线结构的运算器、双总线结构的运算器、三总线结构的运算器双总线结构需要设置输出或输出缓冲寄存器三总线结构有总线旁路器，把不需要修改的操作数直接输出浮点数加法减法步骤：0操作数检查、比较阶码大小完成对阶、尾数进行加减运算、规格化处理并舍入 溢出条件是阶码
5、的最高符号位为1。此时,当两位符号位为 10时,表明上溢,为11时,表明下溢。当最高符号位为0时,表明没有溢出；两位符号位为01时,结果为正；为 00 时,结果为负。线性流水线的时钟周期、线性流水线的加速比存储系统存储器：随机读写存储器、只读存储器、闪速存储器、高速存储器、cache存储器、虚拟存储器。存储介质主要采用半导体器件和磁性材料存储元可以存储一位二进制信息，若干存储元组成存储单元，许多存储单元构成存储器主存储器、辅助存储器、高速缓冲存储器、控制存储器主存的技术指标：存储容量、存取时间、存储周期、存储器带宽存储器带宽：单位时间里存储器所存取的信息量SRAM的组成：存储体、地址译码器、驱
6、动器、I/O电路、片选、输出驱动电路存储器的扩展方法：位扩展法、字扩展法、字位同时扩展法DRAM的刷新方式有：集中式、分散式、异步式ROM的种类：掩模式、一次编程、多次编程地址总线的宽度决定了存储器的存储容量，数据总线的宽度决定了存储器的字长。加速CPU和主存之间有效传输措施：采用更高速的主存或加长存储器字长、采用并行操作的双端口存储器、采用cache、采用交叉存储器高速存储器：双端口存储器、多模块交叉存储器、相关联存储器相关联存储器的组成：检索寄存器、屏蔽寄存器、符合寄存器、比较线路、代码寄存器、存储体。主要用于虚拟存储器中放分段表、页表和快表；作为存放cache的行地址CPU与cache之
7、间的数据交换是以字为单位，而cache与主存之间的数据交换是以块为单位。地址映射即是应用某种方法把主存地址定位到cache中。址映射方式有全相联方式、直接方式和组相联方式三种Cache的替换策略：最不经常使用算法（LFU）、近期最少使用算法（LRU）、随机替换Cache的写入策略：写回法、全写法、写一次法L2级cache的内容是主存的子集，而L1级cache又是L2级cache的子集。L2负责整个系统的cache/主存一致性，L1负责响应L2，与L2一起维护L1/L2两个cache的一致性，保证三级存储系统的一致性。 虚拟存储器是一个容量非常大的存储器的逻辑模型，不是任何实际的物理存储器。主存
8、-外存层次的基本信息传送单位可采用几种不同的方案：段、页或段页。页式虚拟存储系统中，虚拟空间分成页，称为逻辑页；主存空间也分成同样大小的页，称为物理页。在虚拟存储系统中，通常采用页表保护、段表保护和键式保护方法。指令系统从计算机组成的层次结构来说，计算机的指令有微指令、机器指令和宏指令之分。微指令：微程序级的命令，它属于硬件；宏指令：由若干条机器指令组成的软件指令，它属于软件；机器指令（指令）：介于微指令与宏指令之间，每条指令可完成一个独立的算术运算或逻辑运算。 指令系统：一台计算机中所有机器指令的集合，它是表征一台计算机性能的重要因素，其格式与功能不仅直接影响到机器的硬件结构，也直接影响到系
9、统软件，影响到机器的适用范围。 指令系统的性能要求：完备性、有效性、规整性、兼容性规整性包括指令系统的对称性、匀齐性、指令格式和数据格式的一致性。低级语言分机器语言（二进制语言）和汇编语言（符号语言），这两种语言都是面向机器的语言，和具体机器的指令系统密切相关。指令格式则是指令字用二进制代码表示的结构形式，由操作码字段和地址码字段组成。指令字长度：一个指令字中包含二进制代码的位数。机器字长：计算机能直接处理的二进制数据的位数，它决定了计算机的运算精度。为了便于书写和阅读程序，每条指令通常用3个或4个英文缩写字母来表示。这种缩写码叫做指令助记符。在存储器中，操作数或指令字写入或读出的方式，有地址
10、指定方式、相联存储方式和堆栈存取方式。当采用地址指定方式时，形成操作数或指令地址的方式，称为寻址方式。寻址方式分为两类，既指令寻址方式和数据寻址方式，前者比较简单，后者比较复杂。指令的寻址方式有两种，一种是顺序寻址方式，另一种是跳跃寻址方式。当程序转移执行的顺序时，指令的寻址就采取跳跃寻址方式。所谓跳跃，是指下条指令的地址码不是由程序计数器给出，而是由本条指令给出。操作数的寻址方式：隐含寻址、立即寻址、直接寻址、间接寻址、寄存器寻址方式和寄存器间接寻址方式、相对寻址方式、基地址寻址方式、变址寻址方式、块寻址方式、段寻址方式堆栈是一组能存储和取出数据的暂时存储单元。很多计算机把存储器的一部分用作
11、堆栈。堆栈结构类型:串联堆栈、存储器堆栈存储器堆栈中，进栈时先存入数据，后修改堆栈指示器；出栈时，先修改堆栈指示器，然后取出数据。指令的分类：数据传送指令、算术运算指令、逻辑运算指令、程序控制指令、输入输出指令、字符串处理指令、特权指令、其他指令中央处理器CPU的功能：指令控制、操作控制、时间控制、数据加工CPU的基本部分由运算器、cache和控制器三大部分组成。控制器由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器组成运算器由算术逻辑单元(ALU)、累加寄存器、数据缓冲寄存器和状态条件寄存器组成，它是数据加工处理部件。CPU内的6个类要寄存器：数据缓冲寄存器DR、指令寄存器IR、
12、程序计数器PC、地址寄存器AR、累加器AC、状态条件寄存器PSW操作控制器可分为时序逻辑型、存储逻辑型、时序逻辑与存储逻辑结合型三种。指令周期 CPU从内存取出一条指令并执行这条指令的时间总和。CPU周期 又称机器周期，CPU访问一次内存所花的时间较长，因此用从内存读取一条指令字的最短时间来定义。 时钟周期 通常称为节拍脉冲或T周期。一个CPU周期包含若干个时钟周期。 CLA是一条非访内指令，它需要两个CPU 周期，其中取指令阶段需要一个CPU周期，执行指令阶段需要一个CPU周期。ADD指令的指令周期由三个CPU周期组成STA指令的指令周期由三个CPU周期组成方框 代表一个CPU周期，方框中的
13、内容表示数据通路的操作或某种控制操作。 菱形 通常用来表示某种判别或测试，不过时间上它依附于紧接它的前面一个框的CPU周期，而不单独占用一个CPU周期。总之，计算机的协调动作需要时间标志，而时间标志则是用时序信号来体现的。硬布线控制器中，时序信号往往采用主状态周期-节拍电位-节拍脉冲三级体制。在微程序控制器中，时序信号比较简单，一般采用节拍电位-节拍脉冲二级体制。微程序控制器中使用的时序信号产生器由时钟源、环形脉 冲发生器、节拍脉冲和读写时序译码逻辑、启停控制逻辑等部分组成。控制方式 即控制不同操作序列时序信号的方法。常用的有同步控制、异步控制、联合控制三种方式，其实质反映了时序信号的定时方式
14、。 微命令 控制部件通过控制线向执行部件发出的各种控制命令。微操作 执行部件接受微命令后所进行的操作。微指令 在机器的一个CPU周期中，一组实现一定操作功能的微命令的组合。微程序 实现一条机器指令功能的许多条微指令组成的序列。微程序控制器主要由控制存储器、微指令寄存器和地址转移逻辑三大部分组成。一条机器指令对应一个微程序，这个微程序是由若干条微指令序列组成的。因此，一条机器指令的功能是由若干条微指令组成的序列来实现的。简言之，一条机器指令所完成的 操作划分成若干条微指令来完成，由微指令进行解释和执行。微命令编码方法：直接表示法、编码表示法、混合表示法微地址产生后继地址的两种方法：计数器方式、多路转移方式微指令的格式大体分成两类：水平型微指令和垂直型微指令按照控制字段的编码方法不同，水平型微指令又分为三种：全水平型(不译法)微指令，字段译码法水平型微指令，以及直接和译码相混合的水平型微指令。微程序设计技术有静态微程序设计和动态微程序设计之分。流水线分类：指令流水线、算数流水线、处理机流水线流水线中的三种冲突：资源相关、数据相关、控制相关动态执行技术 是指通过预测程序流来调整指令的执行，并分析程序的数据流来选择指令执行的最佳顺序。动态执行技术涉及数据相关性及指令调度法、转移预测法、指令的发射顺序与完成顺序等流水技术基本要素。总线系统
